Металлошихта для выплавки стали в мартеновских печах и способ ее загрузки в печь Советский патент 1992 года по МПК C21C5/04 

Изобретение относится к металлургии, а именно к составам металлошихтовых материалов для выплавки стали и способам их загрузки в мартеновскую печь.

Известна металлошихтз для выплавки стали в мартеновских печах, включающая легковесный лом, тяжеловесный лом (блюмы, недоливки и др.), твердый и жидкий чугун, ферросплавы. При этом завалка производится в следующем порядке. Вначале загружается в печь легковесный лом, пакеты скрапа, затем тяжеловесный лом. Твердый чугун заваливается поверх стального лома, а затем после прогрева шихты заливается жидкий чугун.

Недостатком использования известной металлошихты и способа ее загрузки является невысокая скорость нагрева, плавления и шлакообразования, а форсированный режим нагрева за счет применения кислорода при выплавке углеродистых марок стали приводит к несоответствию температуры металла и содержанию углерода в нем, повышенному расходу чугуна и обильному ды- мовыделению.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту к описываемой является металлошихта в способе выплавки стали в подовой сталеплавильной печи, включающая легковесный стальной скрап, тяжеловесный лом, твердые ковшеVIел

VI

00.

вые отходы производства чугуна (С 3,8- 5.1%; SI 0,5-2,4%: Мп 0,4-1,7), жидкий чугун. Способ загрузки металлошихты в печь - перед завалкой тяжеловесной части стального скрапа на легковесную часть лома укладывают ковшевые отходы производства чугуна в количестве 1,2-2,2% от массы садки.

Этот состав металлошихты и способ ее загрузки в печь несколько снижает длитель- ность плавки и расход чугуна за счет повышения тепловых возможностей процесса и ускорения периода плавления. Однако целесообразно дальнейшее снижение расхода чугуна, повышение производительности процесса и, особенно, снижение выбросов вредных веществ в атмосферу, характерных для современного мартеновского процесса с применением кислородного дутья.

Цель изобретения - увеличение произ- водительности печи за счет сокращения периода плавления и повышения эффективности шлакообразования, уменьшение выбросов вредных веществ в атмосферу.

Поставленная цель достигается тем, что металлошихта для выплавки стали в мартеновских печах, включающая стальной скрап, состоящий из легковесной и тяжеловесной частей, металлоотходы, а также жидкий передельный чугун, в качестве металлоотходов содержит металлосодержа- щие отходы абразивного производства при .следующем соотношении компонентов, вес.%:

Металлосодержащие

отходы абразивного производства3-12

Жидкий передельный чугун34-50

Стальной лом Остальное.

При этом жидкий передельный чугун содержит, мас.%:

, Ванадий 0,08-0,20 Углерод 3,90-4,80 Кремний 0,40-0,92 Марганец 0,29-0,58 Титан 0,03-0,12 Хром 0,03-0,10 Медь 0,02-0,07 Фосфор 0,04-0,10 Сера 0,015-0,040 Достижению цели способствует также то, что в способе загрузки металлошихты в мартеновскую печь, включающем последовательное введение в печь легковесного стального лома, металлоотходов, тяжеловесного лома и последующую заливку жидкого передельного чугуна, на легковесный лом загружают металлосодержащие отходы абразивного производства в количестве 2(Н

40% от их общего расхода, а остальное количество металлоотходов абразивного производства загружают в печь в период прогрева шихты на тяжеловесный лом при температуре шихты 400-600°С.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в использовании в составе металлошихты вместо или вместе с обычными твердыми углеродистыми материалами (твердый чугун, ковшевые остатки производства чугуна и др.) металлосодержащих отходов абразивного производства. Они содержат, вес.%: углерод 2-5; кремний 6-12; алюминий 0,5-3,0; ванадий 0,5-2,0; титан 3-6; хром 0,5-1,0; кальций и магний 0,02- 2,0; фосфор 0,4-0,6; сера 0,02-0,03; железо металлическое - остальное.

Использование металлосодержащих отходов абразивного производства, содержащих химические элементы, окисление которых в основной печи происходит почти полностью в самом начале плавки с большим экзотермическим эффектом, обеспечивает форсированный ход прогрева шихты, ускоренное ее плавление. Достигается требуемая концентрация углерода в металлической ванне по расплавлению при уменьшенном удельном расходе передельного чугуна. В ходе плавки окислы кремния, алюминия, ванадия и титана способствуют ассимиляции извести и быстрому формированию основного оптимального окисленного жидкоподвижного (140-170 мм по Герти) шлака. Снижение окисленности шлака в результате раскисляющего воздействия абразивных, отходов, с одной стороны, уменьшает потери железа со скачиваемым из печи шлаком, а с другой, наряду с микролегированием стали ценными элементами этих отходов повышает ее качество. По этой же причине за счет временного снижения скорости обезуглероживания расплава в период заливки в печь жидкого чугуна, а также раннего шлакообразования достигается уменьшение пыли и окислов азота в отходящих газах.

Использование в составе металлошихты метс)ллосодер/кащих отходов абразивного производства в количестве более 12% нецелесообразно, так как снижает интенсивность кипения ванны, увеличивает длительность периода плавления, а также требует повышения расхода известьсодер- жащих материалов для обеспечения необходимого уровня рафинирования металла. Снижение расхода металлсодержащих отходов абразивного производства менее 3% не обеспечивает полного реагирования окисленных капель металла с химическими элементами и существенно снижает эффективность их воздействия на процессы нагрева, плавления и шлакообразования.

Вторым существенным моментом предложенного технического решения является применение в составе металлошихты передельного чугуна, содержащего ванадий. Такой чугун получают путем подшихтовки о доменную печь при выплавке передельного чугуна таких же отходов абразивного производства или железорудных материалов из титаномагниевых руд.

Применение в шихте чугуна с 0,08- 0,20% V ускоряет растворение извести за счет образования легкоплавких конгруэнтно плавящихся ванэдатов кальция, обес- печивает раннюю наводку шлака и дефосфорацию металла. Исключаются случаи вспенивания шлака при заливке в печь чугуна, что улучшает условия нагрева металла. Однако повышение концентрации ванадия в чугуне более 0,20% приводит к образованию пенистых шлаков, затрудняющих заданные условия нагрева металла, повышаются количество металловключений и окисленность шлака. Снижение же содержания ванадия в чугуне менее 0,08% не оказывает заметного влияния на показатели процесса.

Пример. В основной мартеновской печи емкостью 400 т выплавляли рельсовую сталь из известной и предлагаемой метал- лошихт. Состав металлошихт приведен в табл. 1. При этом использовали жидкий передельный чугун с повышенным до 0,08- 0,20% содержанием ванадия. В качестве флюсов применяли известняк и агломерат в количестве 60 и 20 кг/т соответственно. В конце периода нагрева и в период Плавления осуществляли подачу кислорода через сводовые дутьевые фурмы. Технологические параметры и показатели выплавки стили приведены в табл 1.

Из таблицы промышленных испытаний известной и предлагаемой шихт при выплавке рельсовой стали следует, что введение в металлошихту углеродистых металлосодержащих отходов абразивного производства приводит к снижению длительности плавления и улучшению процесса шлакообразования, выражающегося в получении легкоплавких шлаков при снижении концентрации Fed и основности на уровне 2,0-2, ед. Заметно уменьшаются выбросы пыли и окислов азота в атмосферу и снижается расход металлошихты на тонну стали. Допустимое содержание металлосодержащих отходов абразивного производства в металошихте, как следует из данных таблицы, не должно превышать 12%, так как дальнейшее увеличение приводит к повышению длительности ванны. Повышается также уровень FeO и расход металошихты. При снижении же их содержания менее 3% замедляются темпы плавления и шлакооб- 5 разования, соответственно увеличиваются пылевыделение и расход металлошихты,

Как следует из данных табл.1, дополнительный впод в металлошихту мартеновской плавки металлосодержащих отходов абрэ0 зивного производства обеспечивает снижение длительности плавления на 20-30%, уменьшение количества вредных веществ, выбрасываемых в атмосферу, на 20-30% и экономию металлошихты 6-10 кг/т стали

5 Данный состав металлошихты исключает случаи замякания плавок при выплавке средне- и высокоуглеродистой сталей.

Металлошихту загружают в мартеновскую печь в определенной последователь0 ности.

Часть металлосодержащих отходов абразивного производства укладывают на легковесный лом, который в количестве 30-50% от общего расхода лома на плавку

5 равномерно располагают по всей поверхности над подом на некотором расстоянии от откосов печи. Этот прием гарантированно предохраняет футеровку подины печи от непосредственного контакта с кремни 1содер0 жащими абразивными отходами. Затем так , же равномерно в печь загружают тяжеловесный лом, поверх которого заваливают остальную часть металлосодержащих абразивных отходов.

5 Размещение отходов в объеме металлошихты позволяет наиболее эффективно использовать дополнительное тепло от окисления экзотермических элементов для равномерного прогрева и расплавления ло0 ма. Выделяющееся непосредственно в слое материалов тепло сокращает продолжительность периода плавления шихты. За счет этого повышается производительность сталеплавильного агрегата. Кроме того, ис5 ключаются случаи вскипания при заливке чугуна г выбросы металла, обусловленные интенсивным окислением углерода жидкого чугуна окислами железа, образующимися в период прогрева, когда сильно окислен0 ные капли металла стекают в направлении пода, покрывая нижние слои шихты очень железистым шлаком. С другой стороны в период прогрева в окислительной атмосфере печи на поверхности абразивных отхо5 ДОБ, не контактирующих с окислами железа, образуется слой защитной окалины из SiOa, который препятствует онутреннему окислению сплава. Таким образом, отходы, расположенные поверх металлолома, экранируют существенную массу металлозавалки от

воздействия кислорода, что особенно важно при обычно практикуемой для форсирования процесса нагрева подаче кислорода через сводовые фурмы. В результате такого расположения отходов и снижения степени оксидированности лома при заливке чугуна в печь резко снижается дымовыделение, меньше оно и в дальнейшем в связи с ранней наводкой жидкотекучего шлака, равномерно покрывающего поверхность металлической ванны. Уменьшение количества оксидной фазы замедляет реакцию образования окислов азота {Na} + +(FeO)±{NOx} + Fe, что наряду с сокращением периода плавления снижает концентрацию NOX в отходящих газах. Образующаяся шлаковая фаза со сравнительно низкой степенью окисленности уменьшает потери железа при скачивании шлака и повышает качество металла за счет снижения в нем концентрации неметаллических включений.

Время ввода металлосодержащих абразивных отходов в печь в период прогрева определяется температурой металлолома. При температуре 400°С и более с появлением в окалине вюститного слоя скачкообразно возрастает скорость окисления железа. В этот период и вводят в печь отходы абразивного производства, так как при температурах поверхности лома, превышающих 600°С, наблюдается переокисление значительной части лома. Преждевременный ввод в печь металлосодержащих абразивных отходов (при температуре менее 400°С) снижает скорость нагрева металлолома в связи с более низкой теплопроводностью отходов.

Соотношение количеств металлосодержащих отходов абразивного производства, загружаемых в период завалки и в период прогрева, отрабатывалось экспериментально. При вводе избыточного количества металлосодержащих отходов абразивного производства на поверхность лома в период доводки в количестве более 80% от общего количества и, соответственно, недостаточного количества в завалку (менее 20%) ухудшается прогрев шихты, которая располагается в объеме металлозавалки. Экзотермический процесс окисления химических элементов отходов окислами железа начинается только после заливки чугуна, что приводит к увеличению продолжительности нагрева и позднему формированию шлака. Кроме того, происходит раскисление металлической ванны при заливке чугуна и замедляется массообмен в зонах расположения абразивных отходов. При загрузке в период прогрева металлосодержащих абразивных отходов в количестве менее 60% нивелируется их положительное воздействие, в частности окисление большей их части в период прогрева и изоляции 5 определенной части лома от переокисления, ухудшаются показатели процесса.

Пример. В основной 400 т печи выплавляют рельсовую сталь скрап-рудным процессом. В состав металлошихты входят:

0 26т металлосодержащих отходов абразивного производства (5,5%), 216т жидкого чугуна (45,5%) и 231 т металлолома (49%). В качестве флюсов используют известняк и агломерат в количестве 25 и 8 т соответст5 венно Завалку флюсующих осуществляют послойно с металошихтой,

Вначале на подину печи на загруженную предварительно часть агломерата и известняка равномерно заваливают 100 т

0 легковесного лома(43,5% от общего количества), затем ровным слоем по всей поверхности ванны засыпают металлосодержащие отходы абразивного производства в количестве 8,5 т(33% от общего количества). Далее

5 заваливают тяжеловесный лом, в том числе пакеты.

После прогрева и достижения температуры поверхности лома 400-600°С загружают равномерным слоем остальное

0 количество металлосодержащих отходов аб- , разивного производства В конце прогрева и в период плавления для интенсификации плавки через сводовые фурмы подают кислород.

5 В период плавления скачивают первичный шлак. Содержание углерода по расплавлению 1,15%, Т 1520°С. Концентрация FeO составляет 12,2%, а основность 2,1ед.

0 Длительность периода плавления составила 1 ч 20 мин. Содержание в отходящих газах пыли и окислов азота 190 и 12 мг/м3, соответственно. Расход металлошихты 1101 кг/т.

5 Этим способом осуществляют завалку металлошихты при различном количестве и расположении в ванне металлосодержащих отходов абразивного производства и остальной шихты. Для сравнения осуществля0 ют завалку металлошихты по известному способу.

Как следует из данных, приведенных в табл. 2, регламентированная завалка металлосодержащих отходов абразивного

5 производства в определенной последовательности обеспечивает ускорение плавления, улучшение шлакообразования; снижение вредных Ёеществ в отходящих газах, а также снижение расхода металлошихты.

Формула изобретения

1.Металлошихта для выплавки стали в мартеновских печах, включающая стальной скрап, состоящий из легковесной и тяжеловесной частей, металлошихты,и жидкий передельный чугун, отличающаяся тем, что, с целью повышения производительности печи за счет сокращения периода плавления и повышения эффективности шлакообразования, уменьшения выбро- соо вредных веществ в атмосферу, она содержит в качестве металлоотходов ме- таллосодержащие отходы абразивного производства при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Металлосодержащие

отходы абразивного

производства3-12

Жидкий передельный

чугун34-50

Стальной ломОстальное.

2.Металлошихта по л. 1, отличающаяся тем, что жидкий передельный чугун содержит, мас.%:

Ванадий0,08-0,20

Углерод3,90-4,80

Кремний0,40-0,92

Марганец0,29-0,58

Титан0,03-0,12

Хром0,03-0,10

Медь0,02-0,07

Фосфор0,04-0,10

Сера0,015-0,040

ЖелезоОстальное.

3. Способ загрузки металлошихты для выплавки стали в мартеновскую печь, включающий последовательное введение в печь легковесного стального лома, металлоот- ходов, тяжеловесного лома и последующую заливку жидкого передельного чугуна, прогрев металлошихты, отличающийся тем, что на легковесный лом загружают металлосодержащие отходы аб- разивного производства в количестве 20-40% от их общего расхода, а остальное количество металлоотходов абразивного производства загружают в печь в период прогрева шихты на тяжеловесный лом при температуре ших- ты 400-600°С.т а б л и « а 1

Использование: в области металлургии и применяется при выплавке стали с исполь 2 зованием в составе металлошихты твердых углеродистых материалов. Сущность изобретения: при выплавке стали в мартеновской печи в качестве металлошихты используют металлоеодержащие отходы абразивного производства при следующем соотношении компонентов, мас.%: ме- таллосодержащие отходы абразивного производства 3-12; жидкий передельный чугун 34-50; стальной лом - остальное. Жидкий передельный чугун содержит, мас.%: V 0,07-0,20; С 3,90-4,80; S 0,40-0jЈ4; Mn 0,29-0,58; Т 0,03-0,12; Сг 0,03-0.10; Си 0,02-0,07; Р 0,04-0,10; S 0.015-0.040; железо - остальное. В завалку на легковесный лом вводят 20-40% металлоотходов абразивного производства, а остальное их количество загружают в печь в период прогрева на тяжеловесный лом при температуре его поверхности 400-600°С. 2 с. и 13 п. ф-лы, 2 табл. сл с

Продолжение табл.)

Известный 100 Предлага-4

СЛ

1 Л -4

аз

Јь

1-35

3,0

270

32

1112

14,8

0,021